《水稻镉稳定低积累品种筛选和鉴定技术规范（征求意见稿）》编制说明

《水稻镉稳定低积累品种筛选和鉴定编制组二零二四年十一月 11.1背景现状 11.2标准制定必要性 11.3标准制定可行性 22.任务来源 23.编制过程 33.1收集资料（2023年1月至2月） 33.2组织申报（2023年3月至4月） 33.3标准立项（2023年5月至8月） 33.4标准编制（2023年9月至2024年8月） 33.5意见征求（2024年9月至11月） 34.主要内容技术指标确立 44.1基本原则 44.2主要技术内容 45.主要内容及技术指标确定依据 45.1镉低积累品种筛选参照品种的确定 45.2江苏省镉低积累主栽水稻品种筛选应用研究与验证 55.2.1主栽品种间糙米Cd积累的差异显著 55.2.2镉低积累品种及参照品种复筛 75.3高低镉积累水稻品种快速鉴定的分子标记筛选与验证 85.3.1分子标记筛选与验证 85.3.2数据校准与分子标记分析 85.4鉴定准确率分析 6.标准中如果涉及专利，应有明确的知识产权说明 107.与相关法律法规和标准的关系 现有相关标准的关系 错误！未定义书签。8.采用国际标准或国外先进标准情况 129.重大分歧意见的处理过程和依据 10.贯彻标准的要求和推广实施建议 1211.其他应当予以说明的事项 1212.起草单位及起草人员分工 12.1起草单位 12.2起草人员信息及分工 1我国耕地土壤环境总体状况不容乐观，局部地区镉等重金属污染问题尤为突出，危害农产品质量与安全。水稻作为我国主要粮食作物，具有较强的吸收和累积镉元素的能力。近年来，“镉大米”等农产品安全事件的频发，不仅严重影响农业的可持续发展，也威胁着人民群众的身体健康，成为社会广泛关注的焦点。治理稻田重金属污染是落实《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”保障国家粮食安全的重要行动之一。筛选和培育籽粒镉低积累水稻品种，是中低镉污染农田安全生产的有效措施。水稻品种繁多，镉积累能力的差异可达数十倍。通过田间试验，从众多品种中筛选出低镉积累水稻品种是当前的主要手段，但由于土壤性质、水分管理、种植方式及环境因素的影响，籽粒镉含量变化大。为筛选稳定镉低积累的水稻品种，需进行多年、多点重复筛选及田间验证。因此，提高筛选准确性并对品种镉积累能力进行等级评定，是镉低积累水稻品种筛选工作的关键所在。目前，江苏省尚未发布镉低积累作物品种选育与鉴定相关的地方标准。现有的江苏省地方标准《受污染耕地安全利用与治理修复技术指南（DB32/T4231-2022）》仅简要推荐了一些适宜江苏种植的重金属相对低积累作物品种，但对品种筛选条件、积累特性及稳定性等关键指标缺乏详细说明。国家近年来出台了一些标准，如《受污染耕地治理与修复导则(NY/T3499-2019)》和《轻中度污染耕地安全利用与治理修复推荐技术目录(2019年版)》(农办科〔2019〕14号)，仅简要叙述了镉低积累品种单一及综合技术的适用范围和使用方法，缺乏对于镉低积累水稻品种内涵的系统界定，缺少镉低积累水稻品种镉含量、基因型以及稳定性等指标的界定标准及其评价方法。因此，急需制定指导性文件，规范镉低积累作物品种筛选技术，弥补现有标准的不足。本标准以规范化、标准化、高效化为目标，从镉低积累水稻品种的推广应用角度出发，旨在解决筛选和评价方法不统一导致的降镉效果不足、稳定性差等问题，建立标准化的筛选体系，指导镉低积累水稻品种推广。2项目主持及参与单位长期从事生产技术指导与管理、科研教学及咨询等工作，牵头及参与编制我国农用地土壤环境质量、技术指南等国家、地方标准，具有丰富的标准制定经验，可保证本项目顺利完成。项目牵头单位之一南京农业大学是一所以农业和生命科学为优势和特色，农、理、经、管、工、文、法学多学科协调发展的教育部直属全国重点大学，拥有农学院、资源与环境科学学院等20个学院（部）。南京农业大学拥有一级学科国家重点学科4个，二级学科国家重点学科3个，国家重点培育学科1个。在第四轮全国一级学科评估中，作物学、农业资源与环境、植物保护、农林经济管理4个学科获评A+，公共管理、食品科学与工程、园艺学3个学科获评A类。在第五轮全国一级学科评估中，取得了优异成绩。有10个学科进入江苏高校优势学科建设工程。农业科学、植物学与动物学、环境生态学、生物与生物化学、工程学、微生物学、分子生物与遗传学、化学、药理学与毒理学、社会科学总论、临床医学、地球科学、计算机科学等13个学科领域进入ESI学科排名全球前1%，植物学与动物学、农业科学、环境生态学3个学科进入1‰，其中植物学与动物学、农业科学进入前1‱，跻身世界顶尖学科行列。科研实力雄厚江苏省耕地质量与农业环境保护站为江苏省农业农村厅直属事业单位，负责拟订全省耕地、永久基本农田及高标准农田质量建设规划、政策，并指导实施；指导全省农业系统开展科学施肥、耕地质量监测与建设、农田土壤污染调查评价、安全利用和预警体系建设，参与多项国家、行业、地方等多项标准，项目经费有保障。参与单位中科院南京土壤研究所等单位拥有多名中国工程院院士、研究员，形成以知名专家为引领、各领域科研骨干为依托、青年科技人员为主体的创新人才队伍。项目团队人员由博士、硕士组成，项目投入人员不少于10人，多人具有国家相关标准编制经验，为标准制定提供人才和技术保障。本标准是规范镉低积累水稻品种筛选技术体系，构建标准化、规范化的筛选流程，指导镉低积累优质品种的推广应用，为江苏省乃至我国受污染耕地的可持续安全利用提供技术支撑。由江苏省农业农村厅提出，项目名称为《水稻镉稳定低积累品种筛选和鉴定技术规范》，立项通知文件为《省市场监管局关于下达2023年度江苏省地方标准项目计划的通知》（苏市3监标〔2023〕173号项目序号为120。因植物及其产品检测DNA提取和纯化（NY/T674）》、《水稻生产的土壤镉、铅、铬、汞、种田间试验记载规范（DB32/T1124）》、《杂交水稻种子真实性和纯度鉴定SSR分子标记法积累特性多点筛选试验技术规程（HNZ219）》和《受污染耕地安全利用与治理修复技术指准化法实施条例》和《轻中度污染耕地安全利用与治理修复推荐技术目录(2019年版)》(农办科〔2019〕14号)等。并整理了有关镉低积累作物品种、种质筛选和鉴定相关的科研论文、专利及田间试验成果等。由项目组填写《江苏省地方标准项目建议书》，起草标准草案，并提交省市场监督管理局审批。省市场监督管理局正式下达2023年度江苏省地方标准项目计划，本项目正式立项。遵照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写》的相关规定，以及农产品质量安全检测机构考核现场评审工作的相关要求，起草标准文本。向有关行政主管部门、企业事业单位、社会团体、消费者组织及教育、科研机构等广泛征求意见。同时，通过标准化行政主管部门门户网站向社会公开征求意见，公开征求意见的期限不少于30日。4水稻品种镉低积累的稳定性：导入参考品种，明确品种在不同环境条件下镉积累的波动范围和一致性。水稻品种筛选的准确性：优化筛选方法，基于参考品种和基因型判断，提高筛选结果的科学性和可靠性。试验设置：规定试验的基本设置要求，包括试验目的、试验类型及其必要条件。试验品种：明确试验品种的来源、申请条件、种子质量与数量、筛选条件。试验田选择：详细说明试验田的土壤环境条件及选址要求、土壤及灌溉水样品测试与评价，确保试验结果的科学性和代表性。田间设计：规定试验田的分区设计、重复性及试验布局，确保试验方法的规范性和可重复性。栽培管理：针对水稻的育苗、移栽、施肥、灌溉等管理技术进行详细说明，确保试验操作的一致性。检验规则：包括籽粒镉含量的检测方法、品种基因型鉴定、数据记录与处理的要求。低镉积累水稻品种判定标准：明确品种的镉含量判定阈值及评价方法，为低镉积累水稻品种的筛选提供科学依据。田间筛选试验中参照品种的选择尤为重要，参照品种提供了一个已知性能的基准，可以用来比较新品种的表现。参照品种可以帮助确保实验设计的随机化，减少实验误差。通过在不同地点或不同年份重复使用同一参照品种，可以验证实验结果的重复性和可靠性，其数据可以作为统计分析的基础，还可以用于标准化其他品种的数据，减少不同实验条件下的数据差异。在多年多点的筛选试验中，本研究团队明确了日本晴/中花11、中嘉早17、扬稻6可代表稳定低、中、高镉积累特征的水稻品种，为后续开展水稻镉积累能力的等级评价提供了5可靠的参照标尺。表1.试验点各参照水稻品种籽粒镉富集系数（BCF）试验点一7.75针对江苏省农田土壤镉污染特性及水稻生产中的籽粒镉超标问题，研究团队于2021-2022年对江苏省及周边省份主栽的175份水稻品种开展了多年多点的田间比选试验，试验地点选定为苏南常熟和苏北新沂两个实验基地。5.2.1主栽品种间糙米Cd积累的差异显著2021年，在常熟基地镉轻度污染试验点，测试的175份主栽水稻品种糙米Cd浓度范围在0.07-1.49mgkg-1，品种间相差约21倍；在镉中度污染试验点，测试的175份主栽水稻品种糙米Cd浓度范围在0.05-0.80mgkg-1，品种间相差约16倍；在镉重度污染试验点，测试的175份主栽水稻品种糙米Cd浓度范围在0.07-1.54mgkg-1，品种间相差约22倍（图2.1三个试验点中共有61个主栽品种糙米Cd浓度低于国家标准限量值，其中42个品种糙米Cd浓度在三个试验点均低于国家标准限量值，表现出较稳定的镉低积累特性；2021年，在新沂试验点，糙米Cd浓度范围为0.34-3.73mgkg-1，品种间最大差异达11倍，所有比选品种糙米Cd浓度均超标，表明在高污染环境下，现有主栽品种普遍面临镉积累超标问题（图675.2.2镉低积累品种及参照品种复筛基于2021年江苏常熟和徐州新沂的175份水稻品种筛选结果，选择籽粒Cd浓度低于日本晴籽粒Cd浓度20%的35份Cd低积累水稻品种，在常熟基地核心区轻度、中度和重度污染区域开展2022年的田间复筛试验，并包括插入的参照标尺低Cd积累品种（日本晴中等Cd积累品种（中嘉早17）和高Cd积累品种（扬稻6）。2022年田间试验结果表明，有25份水稻品种糙米Cd浓度在中、轻度污染Cd污染区域均低于国家标准限量值。在轻度、中度和重度污染区域，日本晴的籽粒Cd浓度均低于我国糙米Cd限值0.2mg/kg，属于稳定低Cd积累水稻品种，在轻度和中度污染区域，中嘉早17和扬稻6的籽粒Cd浓度相差不大，而在常熟市的重度Cd污染区域和新沂试验点，二者相差50%以上，这表明将这3个品种作为田间试验筛选不同Cd积累能力等级评定的参照标尺是较为可靠的。85.3.1分子标记筛选与验证通过研究团队前期研究基础和文献、专利检索，共发现12个与水稻籽粒镉含量相关基因的分子标记。经验证，其中4个分子标记与江苏省167份主栽水稻品种的籽粒镉积累具有显著相关，分别是qGCd2、LCd-11、LCd-38和LCd-41。qGCd：位于水稻第2号染色体，控制稻米低镉积累；LCd-11：位于水稻第3号染色体，是一个SNP位点（对应日本晴水稻第3号染色体846037位LCd-38：位于水稻第10号染色体，是一个SNP位点（对应日本晴第10号染色体20089955位，核苷酸为C或TLCd-41：也位于水稻第10号染色体，是一个SNP位点（对应日本晴第10号染色体20844875，核苷酸为A或T）。上述分子标记通过4%的琼脂糖凝胶电泳验证，结果显示条带差异明显（图3.1）。qGCd2标记中，高镉品种69个，低镉品种47个，多条带品种51个；LCd-11标记中，高镉品种53个，低镉品种111个；LCd-38标记中，高镉品种61个，低镉品种103个；LCd-41标记中，高镉品种67个，低镉品种93个，另有4个品种因测序失败未能分型。5.3.2数据校准与分子标记分析为消除土壤性质不均一对实验数据的影响，实验通过划区采集土壤样品并进行消解处理，根据土壤镉含量校准籽粒元素含量。校准后的籽粒镉含量与分子标记验证结果进行了比对分析。以下为主要分子标记的条带图和结果展示：9综合上述4条分子标记基因型与175份水稻品种籽粒镉积累田间试验结果，以籽粒镉含量0.2mgkg-1为划分高镉与低镉积累的依据，结果显示，高镉积累水稻品种鉴定准确率高达90%以上，低镉积累水稻品种鉴定准确率在60%左右（表2，图2）。其中，4条分子标记鉴定结果，均显示低镉参照水稻品种日本晴和中花11均为低镉基因型的水稻品种。qGCd2LCd-11LCd-38LCd-41以上结果表明，qGCd2、LCd-11、LCd-38和LCd-41四条分子标记在高低镉积累水稻品种的快速鉴定中具有显著效果，为镉低积累品种的判定提供了基因层面的参考标尺。特别是在高镉积累品种的鉴定中，这些标记表现出较高的准确性，为低镉积累品种的筛选和分子育种提供了可靠的科学依据。本标准涉及的相关专利如下：LCd-38分子标记相关专利何振艳,麻密,许文秀,闫慧莉.(2018).水稻籽粒镉含量相关基因LCd-38的SNP分子标记的应用.中国发明专利，CN105543397B.LCd-41分子标记相关专利何振艳,麻密,许文秀,闫慧莉.(2019).水稻籽粒镉含量相关基因LCd-41的SNP分子标记的应用.中国发明专利，CN105671164B.LCd-11分子标记相关专利麻密,何振艳,许文秀,闫慧莉.(2018).水稻籽粒镉含量相关基因LCd-11的SNP分子标记的应用.中国发明专利，CN105671156B.qGCd2分子标记相关专利杨远柱,李兰英,周延彪,毛东海,王凯,陈彩艳.(2020).水稻籽粒镉含量相关基因qGCd2的分子标记的应用.中国发明专利，CN106967836B.本标准基于上述专利所报道的水稻籽粒镉积累相关的基因多态性位点，重新设计了dCAPs标记引物，对江苏省175份主栽水稻品种的籽粒镉积累基因多态性进行分析。结合籽粒镉含量的性状数据，对专利中描述的分子标记位点进行了验证，为标准的制定提供了科学依据。引用专利的权利人均参与了本标准的编制工作，并担任编制人员。本标准符合现行法律法规要求，目前无国家标准。目前现有的江苏省地方标准《受污染耕地安全利用与治理修复技术指南（DB32/T4231-2022）》仅简要推荐了一些适宜江苏种植的重金属相对低积累作物品种，但对品种筛选条件、积累特性及稳定性等关键指标缺乏详细说明。本标准是这个标准的衔接和发展，以江苏省受污染耕地安全利用为实际需求，技术指标高于这个标准。湖南省作为我国最早开展镉低积累作物品种选育与鉴定相关研究的地区，已发布了《水稻品种镉积累特性大田验证试验技术规程（HNZ218-2018）》、《水稻品种镉积累特性多点筛选试验技术规程（HNZ219-2018）》以及《湖南省耕地安全利用技术指南（湘农办函〔2020〕105号）》等标准，形成了长株潭地区应急性镉低积累水稻品种推荐目录。然而，这些标准仅对筛选和田间验证方法进行了简要描述，缺少镉低积累水稻品种镉含量